アルミニウム1080：成分、特性、硬さ区分ガイドおよび用途
共有
Table Of Content
Table Of Content
総合概要
1080は1xxx系アルミニウム合金の一種で、商業用純アルミニウムグループに属し、アルミニウム含有量は通常最低99.80%です。1xxx系は意図的な合金元素の添加が非常に少なく、高度な純度によって分類され、合金による強化ではなく純度の高さが特徴です。1080に含まれる主要な合金元素および不純物は微量で、シリコン、鉄、マンガン、銅、マグネシウム、亜鉛、クロム、チタンがあり、これらは通常部分パーセントのレベルで制御されており、高い導電率と耐食性を保持するために厳密に管理されています。
本合金は熱処理による強化ができず、機械的強度は非常に低い不純物レベルに起因する固溶体軟化と、加工時の加工硬化（冷間加工）によって主に得られます。1080の主な特性は、優れた電気・熱伝導性、優れた大気中耐食性、アニーリング状態での優れた成形性、および適切なフィラーを選択すれば非常に良好な溶接性です。一方で、絶対的な強度が低く、合金化アルミニウム材に比べ疲労耐性が制限される点が主な制約です。
1080は電力伝送や導体製品、化学および食品加工機器、建築用途、高導電性が求められる熱交換部品で広く使用されています。エンジニアは、強度よりも導電率、耐食性、成形性を優先する場合や、高純度による冶金学的・表面状態の利点が求められる加工・仕上げ用途で1080を選択します。
最小限の合金元素で最大の展延性が求められる場合や、電気・熱的性能を最大化しつつ加工性も保持したい場合に1080が他合金より選択されます。深絞りや複雑な成形が必要な部品、また合金元素の影響を受けやすいプロセスとの冶金学的適合性を考慮する設計者に好まれます。
準位別特性
| 準位 | 強度レベル | 伸び | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低 | 高 (30–45%) | 優秀 | 優秀 | 完全アニーリング、最大展延性 |
| H12 | 低-中 | 中程度 (15–30%) | 非常に良好 | 優秀 | 軽度加工硬化、剛性向上 |
| H14 | 中 | 中-低 (10–20%) | 良好 | 優秀 | 一般的な市販半硬態 |
| H16 | 中-高 | 低め (8–15%) | 可 | 優秀 | 3/4硬、強度はあるが成形性低下 |
| H18 | 高 | 低 (3–10%) | 限定的 | 優秀 | 完全硬、冷間加工による最大強度 |
| H111 | 低（軟化） | 高 (25–40%) | 優秀 | 優秀 | 軽い加工で僅かに硬化を抑制 |
1080は時効硬化ができないため、準位は強度と展延性のトレードオフに大きな影響を与えます。O（アニーリング）状態は最高の成形性と導電率を持ち、深絞りや電気用途に最適です。H番号が上がる（加工硬化が進む）と降伏強さ・引張強さが上昇する一方、伸びや成形性は低下します。選択は成形工程と必要な使用中の剛性のバランスに基づきます。
化学成分
| 元素 | 含有範囲（％） | 備考 |
|---|---|---|
| Al | 残部（≥99.80） | アルミニウム基準、組成の残り |
| Si | ≤0.03 | 管理された不純物；融解・流動性をわずかに低下 |
| Fe | ≤0.12 | 最も一般的な不純物；結晶粒構造に影響 |
| Mn | ≤0.03 | 微量の結晶粒細化剤、固溶強化は限定的 |
| Mg | ≤0.03 | 微量のみ；強化効果は最小 |
| Cu | ≤0.03 | 耐食性維持のため非常に低く制御 |
| Zn | ≤0.03 | 微量不純物；電気特性に微小影響 |
| Cr | ≤0.03 | 極微量；結晶粒安定にわずかに寄与 |
| Ti | ≤0.03 | 微量で結晶粒制御に使用 |
| その他（各元素） | ≤0.05 | 総不純物合計は通常≤0.20％ |
この成分表は1080が基本的に純アルミニウムであり、微量元素が厳密に制御されていることを示しています。遷移元素と合金元素の低含有は電気・熱伝導率を維持し、冷間加工に対して柔らかく展延性の高い特性を保ちます。微量の鉄、シリコン、チタンは結晶粒細化や融解・凝固挙動に影響しますが、顕著な析出硬化をもたらすほどの量ではありません。
機械的性質
1080は商業用純アルミニウムの典型的挙動を示し、アニーリング状態での降伏強さおよび引張強さは低く、冷間加工により強度が増加します。O（アニーリング）準位での引張挙動は展延性が高く、均一伸びが大きく広い塑性域を持ち、深絞りやスピニングなどの成形作業に適しています。加工硬化準位では降伏強さおよび引張強さが著しく増加しますが、伸びは狭まり成形性と疲労亀裂発生挙動に影響を与えます。
降伏強さはアニーリング状態で低く、加工硬化（H準位）の程度に比例して上昇します。これは設計者にとって予測可能かつ制御可能な強化経路です。硬さは対応してO状態で低く、H12～H18の加工硬化準位で上昇します。ブルネルまたはビッカース硬さは引張強さと良好に相関し、材料検査に用いられます。疲労性能は中程度で、疲労限度は合金アルミに比べ低く、表面状態、加工硬化レベル、応力集中に敏感です。
| 特性 | O/アニーリング | 主要準位（H14） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ (MPa) | 約70–110 | 約120–160 | O状態は処理により幅広い；H14は実用的な中間強度 |
| 降伏強さ (MPa) | 約25–45 | 約80–120 | 冷間加工で大幅に向上；降伏/引張比は準位による変動あり |
| 伸び (%) | 約30–45 | 約10–20 | O状態は優れた展延性、H準位で減少 |
| 硬さ (HB) | 約15–25 | 約30–45 | 硬さは加工硬化と比例し強度に相関 |
上記の値は商業的に生産される鋼板や板厚品の典型的な範囲であり、具体的なサプライヤーの圧延・アニーリング条件、板厚、加工工程により数値は変動します。板厚および加工履歴は最終的な機械的性質の幅に大きく影響するため、重要な用途では材質証明書や試験片による検証を推奨します。
物理的特性
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.70 g/cm³ | 純アルミニウム合金として典型的な値 |
| 融点範囲 | 660–660.5 °C | 純アルミニウムに近い融点；融解範囲が狭い |
| 熱伝導率 | 約220–240 W/m·K (25°C) | 優れた熱伝導性；完全純度より若干低下 |
| 電気伝導率 | 約58–62 % IACS | 高い電気伝導率で導体や接触部品に適する |
| 比熱 | 約0.897 kJ/kg·K (897 J/kg·K) | アルミニウムに典型的な高比熱 |
| 熱膨張係数 | 約23 ×10⁻⁶ /K (20–100°C) | 中程度の係数；熱設計および接合に重要 |
1080の物理的特性は、伝導性と質量効率が重視される熱・電気用途において魅力的です。低密度かつ高い熱伝導率の組み合わせにより、ヒートシンクや放熱板としての比熱伝導が優れています。電気伝導率も高く、機械的強度が最優先でない場合、バスバー、コネクター、低電圧導体としての用途に適した選択肢となります。
製品形状
| 形状 | 代表的な厚さ/サイズ | 強度特性 | 一般的な硬さ（テンパー） | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| シート | 0.15 mm – 6 mm | 硬さや板厚により強度が変化 | O, H12, H14 | 絞り加工、プレス加工、クラッド材の主な形状 |
| プレート | 6 mm – 50 mm以上 | 厚みが増すと冷間加工効率が低下 | O, H111 | 厚い断面や構造的な剛性が必要な場合に使用 |
| 押出形材 | 数メートルまでの断面形状 | 高荷重部材には低合金強度により制限あり | O, H12 | 装飾用プロファイル、ケース、放熱器用途に使用 |
| チューブ | 壁厚0.5 mm～大型径 | 成形や引抜により機械的性質が変化 | O, H14 | 低圧流体用や装飾用途で一般的 |
| 丸棒・棒材 | 3 mm – 100 mm | 冷間引抜により強度向上 | O, H18 | 厳しい寸法精度が求められる加工用途に使用 |
シートや薄板製品は1080の特性が最も活かされる領域であり、成形性や導電性が保持されつつ冷間加工により強度調整が容易です。プレートやより厚い製品は均質な冷間加工が難しいため、厚板は柔らかい硬さで供給され、設計上の剛性付与が求められることが多いです。押出形材やチューブは表面仕上げや導電性、耐食性が重要であり、中程度の荷重用途に適しています。
同等規格
| 規格 | グレード | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 1080 | 米国 | Aluminum Associationシステムによる指定 |
| EN AW | 1080 / EN AW-1080 | ヨーロッパ | 高純度アルミニウムの欧州AW指定 |
| JIS | A1080 | 日本 | 商業用純アルミニウムの日本工業規格 |
| GB/T | Al99.8 / 1080 | 中国 | 99.8%純度アルミニウムの中国規格 |
各規格における同等グレードは材料組成がほぼ同じですが、不純物許容限界、製造工程、圧延時のアニーリング条件に若干の差異が存在します。特に電気伝導性、表面状態、引抜き性能が重要な場合は、設計者が特定規格の公差やミルテストレポートを入念に確認することを推奨します。
耐食性
1080は、安定した保護性のある酸化アルミナ皮膜が速やかに形成されるため、一般的な大気環境において優れた耐食性を示します。銅や亜鉛含有量の多い合金系アルミニウムよりも多くの場合、局所腐食に対する感受性が低く優れた性能を発揮します。表面の仕上げ状態や環境中の汚染物質（塩化物、工業排出物）が長期性能に影響し、研磨面やコーティングされた表面は耐食性が向上します。
海洋環境下では、1080は均一腐食に強い一方で、すべてのアルミニウム合金同様に静置された塩化物濃度の高い環境ではピット腐食や割れ目腐食を受けやすく、保護措置が必要です。高強度な時効硬化系合金に比べて応力腐食割れには強い傾向がありますが、溶接部や冷間加工部は局所的な腐食の発生源となる可能性があるため、注意深い評価が求められます。銅やステンレス鋼など多くの一般的な工学金属に対して1080は陽極的に作用するため、異種金属接触時には電気絶縁または適切なコーティングが推奨されます。
3xxx系や5xxx系合金と比較して、1080は合金元素の添加が極めて少ないため、導電性が優れ、耐食性も同等かそれ以上の場合が多いです。ただし、5xxx系の一部合金が持つ高強度や溶接性の利点はありません。塩化物環境下での長期耐用を要する場合には合金添加や被覆処理が好まれますが、多くの建築用や電気用途では1080の自然な耐食性で十分です。
加工性
溶接性
1080は基本的に純アルミニウムであり、問題となる元素含有量が低いため、TIGやMIGなどの一般的な融合溶接や抵抗溶接で容易に溶接可能です。推奨される充填材は、市販の純アルミニウム系フィラーワイヤー（例：AA1100系列）や用途の機械的要求に応じた低合金フィラーで、シリコンを含む充填材（例：4043/4047）が複雑な接合部で流動性向上に使われることもあります。高強度合金に比べ熱割れリスクは低いものの、接合部の隙間や清浄度は重要で、多孔質や酸化物巻き込みを避けるために注意が必要です。HAZの軟化は時効硬化構造がほとんどないため最小限です。
切削加工性
1080の切削加工は一般的に問題ありませんが、低硬度かつ高延性のため長く連続した切屑が出やすく、切削刃に付着しやすい特徴があります。鋭利でレーキ角の大きい超硬または高速鋼の工具形状を使用すると、ビルドアップエッジの発生が減少し表面仕上げが向上します。切削抵抗が低いため、高回転数で中程度の送り速度が可能です。良好な表面品質維持には切削液と切屑処理が重要であり、不十分な切削クリアランスだとガリング（くっつきが発生）しやすいため設計段階から考慮が必要です。
成形性
1080の最大の強みは成形性で、特にO硬さでは深絞り、回転成形、曲げ、複雑な伸ばし加工が容易に行えます。最小曲げ半径は比較的小さく（シート板厚の約1〜2倍程度、表面仕上げに依存）、反発も控えめで正確な成形形状を実現しやすいです。冷間加工により部分的な強化が可能であり、激しい変形後でもアニール処理により延性を簡単に回復できます。
熱処理特性
1080は商業用純アルミニウムの非熱処理系合金のため、熱処理による固溶化処理や時効硬化による強化は期待できません。析出強化を目的としたT系熱処理は有効な析出相が存在しないため無効です。一般的な冶金管理は制御されたアニールでO硬さを作り、冷間加工によるH硬さで特性を調整します。
耐用中の強度と剛性の向上は主に加工硬化によります。冷間圧延、引抜き、曲げ加工により転位密度が増加し、降伏強さや引張強さが予測可能に上昇しつつ伸びが減少します。300〜415°C程度（板厚や所望の柔らかさに応じて異なる）でのアニール処理は軟化と延性回復をもたらし、完全再結晶アニールやミルアニールサイクルは成形工程の基準となるO硬さを設定するために使用されます。
高温特性
1080は固溶強化がわずかで安定した高温析出相がないため、温度上昇に伴い機械的強度が急速に低下します。構造用途における連続使用の実用温度はおおよそ150〜200°C以下に制限され、これを超えるとクリープや強度低下が顕著になります。中温度での酸化は酸化皮膜が保護膜として機能するため遅いですが、高温で長期間曝露されると表面外観が変化し、後加工の塗装や接合性に影響を与える可能性があります。
溶接部や大きく冷間加工された部位は高温にさらされると局所的な機械的性質の変化が起こりやすいです。HAZは顕著な析出変化を起こさないものの、高温曝露により回復および再結晶化で軟化します。高温荷重を伴う用途では、より高温特性に優れた2xxx系や7xxx系合金、または高温用に設計された合金群が推奨されます。
用途例
| 産業分野 | 代表部品 | 1080が選ばれる理由 |
|---|---|---|
| 電気 | バスバー、コネクタ、導体 | 高い電気伝導性と良好な成形性 |
| 自動車 | 装飾トリム、インテリア部品 | 優れた成形性と表面仕上げ、耐食性 |
| 海洋 | タンクライナー、配管、低荷重継手 | 海水環境下での耐食性と溶接性 |
| 電子機器 | 放熱器、EMIシールド | 高い熱伝導性と低密度 |
| 食品・化学処理 | タンク、配管、クラッド材 | 高純度と耐食性、清掃性および成形の容易さ |
1080は高い電気・熱伝導性、優れた成形性、卓越した耐食性が同時に求められる用途に適しています。複雑なプレスや絞り加工を伴う製品は本合金の延性の恩恵を受け、導体用途ではIACS規格に基づく高い導電率を活用します。冶金的な純度や極少の合金不純物が下流工程や製品性能において重要な場合にもしばしば指定されます。
選定上のポイント
高強度よりも電気や熱の伝導性および卓越した成形性が優先される場合に1080が最適です。導体や熱拡散材、深絞り部品において表面仕上げ、耐食性、延性が主要な要件であるなら論理的な選択肢となります。
1100などの商業用純アルミニウムグレードと比較すると、1080はわずかに純度が高く（そのため導電率もやや高い）ほぼ同等の成形性を持ちます。導電率の向上や不純物の厳密な管理が求められる場合に選択されます。3003や5052のような加工硬化合金と比べると、1080は優れた導電性と場合によっては優れた耐食性を提供しますが、荷重支持部品としては強度や加工硬化性が低くなります。6061や6063のような熱処理可能合金と比べると、1080はピーク強度よりも導電性と成形性が重視される場合に選ばれます。より低い達成可能強度にもかかわらず、熱的・電気的性能や加工の容易さが優先される用途において魅力的な材料です。
まとめ
1080は非常に高い純度と優れた電気および熱伝導性、優れた成形性と信頼性の高い耐食性をコスト効率よくかつ加工しやすい形で兼ね備えているため、現代のエンジニアリングにおいて依然重要な存在です。強度よりも導電率、表面品質、製造性を優先する設計者にとって、1080は最も実用的かつ経済的なアルミニウム合金の選択肢となることが多いです。